Un estudio liderado por el IBEC ha desvelado cómo las células madre mesenquimales responden a la viscosidad de su entorno, un aspecto fundamental en su proceso de diferenciación. Publicado en Nature Communications, esta investigación aporta nuevos conocimientos que podrían revolucionar el diseño de biomateriales para aplicaciones en medicina regenerativa.
Una investigación liderada por Manuel Salmeron, profesor de investigación ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y Catedrático de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Glasgow, ha avanzado en la comprensión de cómo las células madre mesenquimales (MSCs) perciben la viscosidad de su entorno, un factor clave para su diferenciación hacia distintos tipos de tejidos. Este hallazgo, publicado en Nature Communications, aporta conocimientos fundamentales que podrían mejorar el diseño de biomateriales para aplicaciones en medicina regenerativa.
Normalmente, modelamos los tejidos como si fueran muelles. Pero en realidad, los tejidos son viscoelásticos, lo que significa que, al aplicarles fuerza, se deforman, y no necesitamos mantener esa fuerza constante para sostener la deformación, porque su estructura interna se reorganiza.
Manuel Salmeron
Las MSCs tienen la capacidad de convertirse en diferentes tipos celulares —como células de hueso, cartílago o músculo— y su destino puede depender de las propiedades físicas del entorno en el que se encuentran. Hasta ahora, gran parte de la investigación se centraba en la «rigidez» de los materiales, sin tener en cuenta la «viscosidad».
«Normalmente, modelamos los tejidos como si fueran muelles: necesitamos mantener una fuerza constante para que sigan deformados; cuando soltamos el muelle, este vuelve a su forma original. Pero en realidad, los tejidos son viscoelásticos, lo que significa que, al aplicarles fuerza, se deforman, y no necesitamos mantener esa fuerza constante para sostener la deformación, porque su estructura interna se reorganiza,” explica Manuel Salmeron, líder del grupo del IBEC Microambientes para Medicina y último autor del estudio.
Así, para analizar en profundidad cómo las propiedades viscosas impactan en el comportamiento celular, el equipo ha dejado a un lado la rigidez y ha trabajado únicamente con la viscosidad. Concretamente han diseñado un modelo experimental con membranas lipídicas que imitan la viscosidad de los tejidos naturales, permitiendo estudiar cómo la interacción entre las proteínas de adhesión (integrinas) y las proteínas de conexión celular (cadherinas) modula la interacción de las MSCs con su entorno.
Los resultados muestran que, en presencia de otras células, la adhesión de las MSCs al sustrato disminuye, modificando su comportamiento y potenciando su diferenciación hacia tejidos más blandos como el cartílago. Tanto la viscosidad de la matriz extracelular como las interacciones entre células afectan notablemente a cómo las células madre perciben su entorno, un factor que debería integrarse en el diseño de biomateriales.
En colaboración con el equipo de Pere Roca-Cusachs, catedrático de la Universidad de Barcelona (UB) e investigador principal del grupo de Mecanobiología celular y molecular del IBEC, los investigadores han adaptado su modelo anterior para incluir tanto la viscosidad como las interacciones entre células mediante cadherinas. Este modelo innovador permite simular de forma más realista el comportamiento de los tejidos viscoelásticos en el cuerpo humano.
El estudio es el principal resultado de la tesis doctoral de Eva Barcelona y supone un paso adelante en el desarrollo de materiales que puedan guiar con mayor precisión la regeneración de tejidos, sentando las bases para una medicina regenerativa más eficiente y personalizada.
Artículo referenciado:
Eva Barcelona-Estaje, Mariana A. G. Oliva, Finlay Cunniffe, Aleixandre Rodrigo-Navarro, Paul Genever, Matthew J. Dalby, Pere Roca-Cusachs, Marco Cantini & Manuel Salmeron-Sanchez. N-cadherin crosstalk with integrin weakens the molecular clutch in response to surface viscosity. Nature Communications, 15, 8824(2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53107-6
